بخشی از مقاله
خلاصه
سیلوها بعنوان سازه های ذخیره سازی ذغال، سیمان، دانه های غذایی و دیگر مصالح دانه ای بکار میروند. امروزه کارخانه های سیمان، بدلیل سهولت تعمیر و نگهداری و کیفیت معماری سیلوهای بتن آرمه، متقاضی سیلوهای منفرد و یا کندویی میباشند. پیشرفت روش بتن ریزی با استفاده از قالبهای لغزنده، ساخت سیلوهای مرتفع بتن آرمه را سرعت بخشیده است. در این تحقیق، دو نمونه سیلوی بتن آرمه کارخانه سیمان آبیک، با استفاده ازشتابنگاشتهای ثبت شده بر روی زمینهای سنگی، خاک سخت و خاک نرم که برای تراز طیفی Sa= 1 .5 g مقیاس شده اند، برای حالتهای خالی، نیمه پر و پر، توسط روش تحلیل دینامیکی غیرخطی - با احتساب اثر اندرکنش خاک- سازه - آنالیز شده و تغییرمکانهای ماکزیمم غیرخطی - - max آنها محاسبه میشوند. سپس با انجام تحلیل رانشی مُدی، مقادیر تغییرمکان تسلیم و در پی آن مقادیر نیاز شکل پذیری مدلها برای هر شتابنگاشت محاسبه شده و نتایج مورد بررسی قرار میگیرند.
واژههای کلیدی: تحلیل دینامیکی غیرخطی، سیلوهای مرتفع بتن آرمه، تحلیلرانشی مُدی، نیاز شکل پذیری
مقدمه
مطالعات جامع و یا موردی بعمل آمده در خصوص تاثیر نیروی جانبی ناشی از زلزله بر سازه ها نشان دهنده ورود اکثریت آنها به حیطه رفتار غیرخطی ناشی از مصالح و یا هندسی می باشد. بدین دلیل بخش قابل توجهی از انرژی ورودی زلزله را بصورت انرژی پسماند - Hysteresis - علاوه بر انرژی تلف شده ناشی از میرائی سیستم مستهلک می کنند. لذا سازه ها را می توان برای نیروی زلزله بسیار کمتری نسبت به نیروهای نیاز - Demand - مربوط به تحلیل الاستیک خطی طراحی نمود. انجام تحلیلهای غیرخطی علاوه بر وقتگیر بودن و نیاز به داشتن دانش و ابزار قوی ، روشی هزینه بر بوده و انجام آن برای سازه های معمولی غیراقتصادی میباشد. بنابر این توجه به سهولت انجام و گستردگی روشهای تحلیل و طراحی خطی سازه ها ، امروزه روش متداول مورد استفاده در آئین نامه های طراحی لرزه ای کشورهای مختلف ، براساس تحلیل و طراحی سازه در محدوده خطی و با استفاده از نیروهای جانبی کاهش یافته ناشی از زلزله می باشد. بدین ترتیب نیروی زلزله مورد استفاده برای طراحی خطی سازه ها ، که بدست آمده از طیف استاندارد آئین نامه ها برای اعمال اثر پارامترهای مختلفی چون شکل پذیری ، مقاومت افزون ، و غیره بوسیله ضریبی بنام ضریب کاهش مقاومت، کاهش پیدا می کند. مطالعات گسترده ای در خصوص چگونگی رفتار سیستم های سازه ای مختلف با توجه به مشاهدات عینی و نیز بررسی های تجربی و تئوریک انجام شده است که از این میان میتوان به مطالعات یوانگ [2] اشاره کرد. با توجه به طبیعت خاص رکوردهای زلزله مربوط به مناطق مختلف زمین ساختی و نیز برخی الگوهای خاص سازه های مورد استفاده در ساخت و ساز در مناطق مختلف جهان نیز مطالعات متنوعی برای تعیین ضرایب شکل پذیری و رفتار ساختمان های مختلف انجام شده است . [3]
با توجه به روند روبه گسترش احداث تاسیسات صنعتی و به طبع آن احداث سیلوهای مرتفع بتن آرمه، بررسی رفتار لرزه ای اینگونه سازه های خاص و تعیین ضریب شکل پذیری آنها از ارزش خاصی برخوردار می باشد . مطابق شکل -1 الف در سیلوها، دیواره های قائم در مقایسه با ابعاد جانبی بسیار بلندتر بوده و در نتیجه جزء سازه های بلند به حساب می آیند. به تبع این امر، سطح لغزش مصالح ذخیره شده، وجوه متقابل سازه را قبل از سطح افقی فوقانی مصالح قطع میکند. بدلیل زیاد بودن نسبت ارتفاع به ابعاد جانبی، بخش قابل توجهی از بار توسط اصطکاک بین مصالح و دیواره ها تحمل میشود و تنها بخشی از کل وزن مصالح بر روی کف وارد میشود. در صورتیکه بین عرض سازه، ارتفاع آن و زاویه شیب طبیعی مصالح ذخیره شونده رابطه - 1 - بر قرار باشد، آنگاه سازه مورد نظر تحت عنوان سیلو طبقه بندی خواهد شد:
در این مطالعه تلاش خواهد شد تا با در نظر گرفتن مدلهای سازه ای متعارف از اینگونه سیلوها، نسبت به تعیین شکل پذیری نیاز آنها در هنگام وقوع زلزله های مختلف اقدام شود. برای این منظور ضمن انتخاب 2 مدل سازه ای، که با توجه به تجربیات طراحی نویسندگان از جمله تیپ های متداول اینگونه سازه ها به شمار می روند ، نسبت به بارگذاری ، تحلیل و طراحی آنها براساس آئین نامه های [1] ACI 313 -97 و آیین نامه [5] 2800 ایران اقدام شده است . سازه های مورد بررسی دارای پی های شمعی بوده و برای تحلیل آنها از مدل سه بعدی کامل شامل سیستم پی، بمنظور در نظر گرفتن اثر اندرکنش خاک - سازه استفاده شده است. مدلها برای سه حالت خالی، پر و کاملأ پر در نظر گرفته شده و سپس با انجام تحلیل های متعدد دینامکی غیرخطی تاریخچه زمانی و تحلیل استاتیکی غیر خطی Modal Pushover ، رفتار لرزه ای آنها بررسی شده و سپس نیاز شکل پذیری آنها محاسبه شده است .
مبانی تئوری ضریب شکل پذیری و کاربرد آن در محاسبه ضریب افزایش تغییرمکان Cd تخریبهای سازهای و غیر سازهای مشاهده شده در هنگام زمینلرزههای مختلف، اکثراً بدلیل تغییرمکانهای جانبی سازه ها بهوقوع میپیوندد. لذا تخمین مقدار نیاز - - Demand تغییرمکان جانبی در روش طراحی سازه ها بر اساس عملکرد از اهمیت زیادی برخوردار است. برای محاسبه نیروهای زمینلرزه طراحی، تغییرمکانهای جانبی محاسبه شده توسط یک تحلیل خطی میبایستی بهمنظور تعیین تغییرمکانهای واقعی سازه در هنگام یک زلزله مخرب، افزایش داده شوند .[4] آییننامههای لرزهای کشورهای مختلف بدین منظور ضرایب افزایش تغییرمکان - - Cd را پیشنهاد میکنند. این ضریب بشرح رابطه - 2 - تعریف میشود:
در رابطه فوق، max عبارتست از حداکثر تغییرمکان غیرالاستیک، w حداکثر تغییرمکان محاسبه شده از تحلیل الاستیک و ضریبCd ضریب افزایش تغییرمکان خطی به غیرخطی میباشد. در شکل 2 رفتار واقعی غیرخطی سازه با یک مدل دوخطی الاستوپلاستیک معادل جایگزین شده است. ضریب Cd بر اساس تحقیقات Uang & Maarouf - 1994 - بشرح رابطه - 3 - میباشد:
ضریب شکلپذیری بصورت رابطه - 4 - خواهد بود:
Rs ضریب مقاومت افزون بوده و به شرح رابطه - 5 - خواهد بود:
ضریب مقاومت افزون بکار رفته در رابطه - 3 - اصلاح شده بوده و عدد حاصل از رابطه - 4 - میبایستی در ضریب اصلاحی 1.155 ضرب شود.[5]
شکل - 2 پاسخ عمومی لرزه ای سازه ها
مدلهای اجزاء محدود سازه های مورد بررسی
بمنظور بررسی رفتار سیلوهای بتن مسلح، دو نمونه سیلوی بتن آرمه طرح توسعه کارخانه سیمان آبیک، که آنالیز و طراحی سازه آنها توسط نگارندگان مقاله انجام شده است، انتخاب شده اند. مدل 1 مربوط به سیلوی هموژن ساز بظرفیت 12500 تن و بارتفاع کل 79/0 متر و قطر داخلی 16/0مترمد نظر میباشد. بر روی تراز فوقانی سیلو دستگاههایی بوزن تقریبی 52 تن قرار میگیرند. سیستم پی سیلو از نوع شمعی، شامل دال سر شمع بابعاد 20/0x 20/0متر و بارتفاع 3/0 متر و تعداد 49 شمع بقظر 120 سانتیمتر و عمق 20 متر طراحی شده است. ضخامت دیواره سیلو در 10/1 متر تحتانی آن 120 سانتیمتر و در بقیه ارتفاع سیلو 50 سانتیمتر در نظر گرفته شده است. مدل 2 مربوط به سیلوی Reject کلنیکر بارتفاع کل 35/4 متر میباشد. قطر داخلی سیلو 11/0 متر بوده و ضخامت دیواره های آن در 11/0متر تحتانی برابر با 80 سانتیمتر و در بقیه ارتفاع سیلو برابر با 35 سانتیمتر در نظر گرفته شده است. همانگونه که در شکل 2 مشخص است، سیستم پی سازه مجددأ از نوع شمعی بوده و دال سرشمع آن بصورت یک حلقه بقطر خارجی 13/5 متر و عرض نوار برابر با 3/4 متر و ضخامت 2/0 متر طراحی شده است. شمعهای بکار رفته بقطر 120 سانتیمتر و عمق 15/0متر میباشند و تعداد آنها 18 عدد در نظر گرفته شده است. در هر دو مورد، مقاومت 28 روزه بتن برابر با 240 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع و فولاد مصرفی در دیواره و پی از نوع AIII با نتش
